基于GIS的毒气泄漏和扩散模拟及其影响评估

详细讨论了基于GIS(Arc View3．2)的毒气泄漏与扩散模拟的实现及扩散影响的评价。考虑到GIS二次开发语言的局限性,利用外部程序语言开发了毒气扩散浓度空间分布的计算程序,动态链接到GIS系统中来实现模拟。为减轻城市和大型企业在地震下有毒物质的泄漏与扩散灾害和应急反应提供了有效手段,也为平时有毒物质类重大危险源的管理提供了依据。     

自然潮差环境下混凝土氯离子峰值浓度的时变性

基于自然潮差环境下的现场暴露试验,研究了混凝土氯离子峰值浓度的时变性以及影响因素。测试了7个暴露时间,5种不同水灰比的普通混凝土、5种水胶比均为0.50的不同掺合料混凝土共10组混凝土内的自由氯离子浓度,并采用三点拟合法得到较为准确的对流区深度及对应的氯离子峰值浓度;然后,分析了水灰比及掺合料对混凝土氯离子峰值浓度时变性的影响,建立了其时变模型,并研究了氯离子峰值浓度的稳定趋势;最后,分析了峰值浓度的时变性对预测混凝土氯离子浓度的影响。结果表明,暴露时间和水灰比是影响混凝土中氯离子峰值浓度的重要因素,且掺合料减缓了混凝土中峰值浓度的增加速度;相对较短时间的暴露试验得到的混凝土峰值浓度时变模型,可以预测较长暴露时间后混凝土中峰值浓度;峰值浓度有逐渐趋于稳定的趋势,其稳定时间受水灰比和掺合料影响,加入掺合料缩短了稳定时间;考虑峰值浓度时变性可更为准确地预测不同深度处混凝土中的氯离子浓度。     

暴露与养护时间对混凝土氯离子扩散性能的影响

随着暴露于实际环境中时间的延长,氯离子在混凝土中的扩散性能逐渐衰减。获取氯离子扩散性能与时间的关系是困难的,而养护时间对混凝土氯离子扩散性能也有影响。通过设计的人工气候环境下暴露和养护时间因素试验,测定了不同配合比、不同养护时间和暴露时间的混凝土中自由氯离子的浓度,并利用Fick第二定律分析了试验混凝土的氯离子扩散系数。分析和试验的结果表明,混凝土扩散系数随着暴露时间和养护时间的延长而降低,而暴露时间对混凝土氯离子扩散性能的影响更加明显,且扩散系数的降低幅度有减缓的趋势。     

自然潮差环境弯曲荷载作用下混凝土氯离子峰值浓度的分布

混凝土中氯离子的峰值浓度是基于钢筋锈蚀的混凝土结构耐久性寿命预测的主要参数之一,其时变性和随机性取决于侵蚀环境、材料性能和作用荷载等因素。通过自然海洋潮差环境弯曲荷载作用下的混凝土构件暴露试验,在测得纯弯段混凝土的自由氯离子浓度的基础上,研究了弯曲荷载对混凝土中氯离子峰值浓度随机分布的影响。结果表明,自由氯离子峰值浓度的均值受弯曲荷载水平、水灰比及暴露时间的影响很大;而无论是在受压区还是受拉区,弯曲荷载作用下的混凝土氯离子侵蚀峰值浓度绝大多数服从对数正态分布;弯曲荷载水平、混凝土水灰比和暴露时间对混凝土中自由氯离子峰值浓度的分布类型的影响很小。     

参数对地震动随机模拟结果的影响分析*

随机有限断层法是模拟近场高频地震动常用的方法,且被国内外研究者证实是成功的且有效的模拟高频地震动的工具。由于随机有限断层模拟方法输入参数较多,造成对模拟结果的不确定因素也相应较多,因此在使用随机有限断层法时如何合理地确定输入参数则成为研究者需要考虑的首要问题,也是成功重建场点加速度纪录的关键环节。简要地介绍了地震动模拟的基本理论、流程和主要参数的意义,在国内外研究者的研究成果基础上以芦山 M_w6.6 地震为例重点分析了地震动持时对峰值加速度(PGA)、5% 阻尼比加速度反应谱(PSA)和加速度傅里叶谱(FAS)模拟结果的影响。主要得出以下结论：(1)在特定震级下,持时模型对峰值加速度影响较大,特别是断层距越小时,这种影响作用越明显;(2)通过四种持时模型得到的傅里叶谱和反应谱以及模型偏差分析可知,根据记录 90% 有效持时拟合其与震中距得到的持时模型表现较好。最后分析了脉冲百分比和断层上缘埋深等参数对模拟反应谱的影响,结果显示：(1)在相同震级下,反应谱幅值随脉冲百分比的变化差异不大;(2)在断层方位尺寸给定的前提下,反应谱幅值随上缘埋深的增加而减小。这些结论可以为随机有限断层模拟方法的工程实际应用时更合理地挑选参数提供理论依据,也可以相应的提高模拟精度。     

有毒气体扩散模型在事故救援中的应用

针对近年来日益增多的危险化学品泄漏事故,对国内外常见的有毒气体扩散模型进行了简要论述,在分析其各自特点的基础上,从事故救援需求的角度,提出了一种基于高斯模型的有毒气体泄漏扩散算法;基于GIS实现了有毒气体扩散的动态仿真,可较好地预测扩散造成的危害范围.实例分析了一定气象条件、地形特征和时间序列下,危险化学品泄漏后有毒气体浓度的分布情况,为辅助救援人员合理划定警戒区域、及时采取有效措施组织抢险救援行动,提供了一种行之有效的方法.     

基于修正随机有限断层法的沉积盆地地震动模拟∗

基于随机有限断层法理论框架,采用间接边界元方法求解沉积盆地地震动放大效应,以此修正场地放大因子,发展了一种可考虑盆地效应的修正随机有限断层法。基于该方法,模拟了 2021 年 2 月 13 日日本 M_W7.1 海域地震中日本关东盆地地震反应,并与常规随机有限断层法及实测地震记录进行了对比。结果表明：与常规随机有限断层法相比,采用修正随机有限断层法模拟盆地地震动表现出更显著的空间变异性,盆地边缘地震动峰值加速度较常规方法放大了 6.24 倍,与实测地震记录吻合度更高;区域地震动峰值加速度空间分布整体特征与实测地震记录基本一致;相较于不考虑场地影响下的结果盆地内部分台站长周期下的谱加速度值扩大了近 5 倍,表明深厚沉积盆地在长周期范围内的场地放大更加明显。     

二维溃坝洪水波传播的高精度数值模拟

建立了二维浅水方程的高分辨率数学模型。求解浅水方程时,将方程做空间差分算子分裂,并沿各空间方向采用有限体积法积分方程,应用二阶上风TVD格式确定有限体积交界面处的物理量通量。应用该模型对矩型明渠坝体瞬间全溃的洪水波进行了计算,并将计算值与理论解进行了比较;最后用该模型对大坝瞬间局部溃倒所致的洪水演进过程进行了数值模拟,对模拟结果进行了定性分析,并与其它算法进行了比较,表明该模型对模拟溃坝洪水波是有效的。     

基于情景模拟的上海中心城区居民住宅的暴雨内涝风险评价

内涝是影响上海的主要灾害之一,上海城区居民住宅特别是旧式住宅容易因之受损乃至倒塌。基于情景模拟和指标体系方法,开展了上海中心城区住宅的风险评估。利用上海水务信息中心开发的内涝仿真模型,设置暴雨情景并对该情景下的内涝进行模拟,得到了区域水深分布状况,利用G IS技术求得每座住宅的水深,体现其在内涝中的暴露程度,并构造暴露性评价模型,综合反映区域总体暴露状况。根据旧式住宅较易受到影响的事实,构造脆弱性指数,最终衡量区域住宅面临灾害的整体风险状况,实现区域间居民住宅内涝风险的对比分析。设置了五十年一遇的暴雨内涝情景,针对中心城区各街道开展了实证研究,最终评价结果显示出的危险性、暴露性、脆弱性和风险分布规律,与实际情况基本符合。该方法可以为市政部门提供必要的信息,提高内涝灾害的管理水平。     

模拟自然潮差环境混凝土氯离子侵蚀对流区深度的相似性与随机性

对流区深度是氯盐侵蚀环境下水泥基材料及其构件耐久性寿命评价的主要参数之一,由于受环境及材料等随机性因素的影响,对流区深度为随机变量。通过在人工气候模拟环境下的暴露试验,测得不同暴露时间后不同水灰比混凝土中的自由氯离子浓度及其对流区深度;对比自然潮差环境下的试验结果,研究了人工气候模拟环境条件下混凝土氯离子对流区深度的相似性与随机性。结果表明,在两种试验环境条件下,混凝土氯离子侵蚀具有一定的相似性,混凝土试件均在暴露一段时间后形成了明显的对流区,且对流区深度都在4 mm左右;人工气候模拟环境下,水灰比对混凝土氯离子对流区的深度及其分布类型无明显影响,而暴露时间和环境因素的影响较为明显;在人工气候模拟环境下,混凝土氯离子对流区深度总体上服从均值为3.76 mm标准差为0.92 mm的正态分布。     

烟草火灾危害后果定量评价研究

为准确评价烟草仓库失火烟气危害,在借鉴能见度、热辐射、N-GAS和FED模型的基础上,提出综合考虑热辐射、烟气毒性和能见度的烟气危害评价模型TVH(Toxicity,Visibility,Heat)。采用PyroSim软件模拟的方法,以某失火烟草仓库为原型,构建接近于真实的虚拟火灾现场。通过模拟烟气运动规律及烟气危害评价因子随时间变化曲线,分析得出位置不同,烟气危害的效果也不同。定量计算三个模型烟气危害指数,分析得出热辐射是造成人员伤亡的重要原因,TVH模型比N-GAS和FED模型多考虑了热辐射和能见度的影响,更全面评价烟草火灾危害后果,最后提出TVH模型的应用前景。     

基于GIS的安徽省干旱遥感监测与评估研究

总结了在地理信息系统(GIS)支持下,以NOAA／AHVRR资料为主要信息,结合下垫面资料,对安徽省区域内干旱发生的动态变化、空间分布、危害程度等进行监测与评估的技术思路与方法。     

基于大孔模型的天然气管道泄漏火灾模拟分析

为探究天然气管道泄漏规律并界定天然气喷射火热辐射、爆炸超压的影响程度,基于高斯烟羽大孔泄漏模型确定了天然气泄漏量和泄漏速率,采用SHELL喷射火模型与TNT当量爆炸模型模拟分析了不同工况下喷射火热辐射强度半径和晚期爆炸超压半径。通过对实例模拟结果分析可知：天然气泄漏孔径的大小与大气环境稳定程度,前者对天然气火灾的影响作用较为显著。参照火灾伤害阈值表能够界定火灾伤害等级与环境破坏程度。PHAST平台能全面、直观的模拟天然气泄漏火灾的强度与范围,其结果能够为现场安全评价、制定管道火灾应急预案提供相应的参考。     

基于天然气泄漏的危害性分析及应用

近年来,天然气输送管线泄漏事件频繁发生,严重影响天然气管线的安全运行,给国家经济和人民生命财产带来巨大损失.针对天然气本身的特性,结合Pasquil-Gifford模型分析天然气泄漏可能发生的灾害形式,对天然气在不同条件下扩散浓度、燃烧后的火焰直径以及爆炸半径等危害范围建立模型,分别给出危害范围的计算方法,以便在泄漏事件发生后,相关人员能够快速确定泄漏造成的危害范围,降低天然气泄漏对人员和环境造成的危害,并对危害造成的后果进行定量评价.     

计算机仿真方法在人群疏散影响参数研究中的应用

建筑物中的人群疏散受到灾场环境、建筑结构以及人员本身等诸多因素的共同影响,明确这些因素的影响机理与程度对人群的疏散安全具有重要意义.借助仿真软件buildingEXODUS,以某地铁车站为例,定量地研究了人员行走速度等参数对人群平均等待时间和人群平均行走时间的影响.结果表明:不同参数对人群疏散的影响存在着差别.即使是相同的参数,在不同类型的建筑中,其影响程度也可能发生变化.在此基础上,明确了出口涌流能力、疏散人数、行走速度和疏散准备时间四个对整体疏散时间影响显著的参数,通过对上述参数的控制,可以提高人群疏散的安全可靠性.     

地铁车站人员疏散离散时间模型研究

疏散时间对于保证地铁车站这类复杂建筑结构内人群的安全至关重要,本文借鉴群集流动理论建立了用于计算地铁车站人群移动时间的疏散离散时间模型(EDTM),模型中的人群流动系数取值不同于传统计算公式中的常量,依据的是经典的车站人群密度与速度函数关系式。将此模型用于某地铁车站站台层,求解楼梯出口疏散人数与时间的关系,并与Building EXODUS疏散软件的模拟结果以及传统地铁车站疏散时间计算公式的计算结果进行了对比,分析表明,EDTM计算结果与EXODUS疏散模拟结果非常接近,且比传统公式计算更为精确和符合实际情况。该计算模型可以为地铁车站人群疏散时间计算、建筑出口性能化设计,以及地铁车站事故应急预案的制定提供更有效的工具。     

河北省农业旱灾脆弱性动态变化的成因分析

以县域为单元,对河北省不同时段的农业旱灾脆弱度进行了评估。通过ＧＩＳ制图,揭示了农业旱灾脆弱度的时间和空间变化规律,分析了脆弱性动态变化的自然基础及社会、经济因素,提出了今后进一肯降低农业旱灾脆弱性、保持可持续发展所面临的问题,为宵业旱灾管理与区划提供了科学依据。     

崩塌灾害危险性评价云模型及其应用

为综合考量评价过程中的模糊性和随机性,基于层次分析法与云模型理论建立了崩塌灾害危险性的云模型评价方法。在崩塌形成机制分析的基础上,选定了6个评价因子,分别为危岩体特征、坡高、坡度、年均降雨量、地震动峰值加速度、人类活动影响距,进而采用层次分析方法确定各因子权重,依据单因素分级标准计算各评价指标隶属于不同评价级别的云模型数字特征后,由正向高斯云算法和因子权重值计算综合确定度,根据最大确定度得到崩塌灾害危险性级别,最后通过工程实例探讨了该方法的可行性与有效性。研究表明,采用云模型进行崩塌灾害危险性评价具有可行性,实例验证结果与赤平投影分析法一致,不仅可以考虑评价过程中的随机性和模糊性,而且能根据综合确定度判断同一危险性级别内不同危岩体的危险程度。     

基于系统动力学的台风减灾决策研究

台风破坏性巨大,易与暴雨、洪涝、风暴潮灾害发生碰头现象,严重威胁沿海地区人民的生命和财产安全。因此,台风减灾决策研究对于保护人民生命财产安全至关重要。该文基于系统动力学和多灾种灾害建立防灾减灾模型,包括物资人员调度子块、信息传递子块、灾害系统子块。以海南省海口市台风灾情及政府防灾减灾工作为例进行数值模拟,仿真结果表明:政府资源调度能力越高,城市应急能力达到峰值速率越快;受预警等级及应急能力的影响,信息热度迅速上升至峰值,之后缓慢下降;对建筑物与电力系统进行抗灾加固,降低其脆弱性,提高水库堤坝及交通防灾减灾工作人员配比可以在很大程度上减缓灾情。该模型能为政府制定防灾减灾策略提供理论依据。     

大空间建筑火灾中钢梁的温升

大空间建筑火灾中,钢构件与火焰距离较近时需要考虑火焰直接热辐射对钢构件温升的影响。为了探究数值模拟中最合适的火焰辐射模型,运用ANSYS分别建立点火焰、圆锥体火焰和圆柱体火焰辐射模型,模拟考虑火焰热辐射的钢梁在大空间建筑火灾中的温升。并结合点火焰辐射理论及空气与钢构件的热对流和热辐射理论,获得钢构件大空间建筑火灾中的温升公式。运用MATLAB软件对该理论公式进行迭代运算,得到钢梁随时间变化的温度值。对比数值模拟结果与理论结果,发现用ANSYS模拟钢梁在大空间建筑火灾下的温升时,圆柱体火焰热辐射模型下的钢梁温升值与理论结果最接近。